探究生物医学成像与FPGA技术的有机结合（生物科学论文） ㊣ 精品文档 值得下载

共配准技术虽然基于特征的配准方法可以通过计算稀疏特征快速处理，但其结果经常出现低分辨率中的伪影图像模糊，导致特征检测存在较大误差等采用现场可编程门阵列，提出了种基于图像强度模式对比的新型数据结构和内存访问架构，能够实现精确配准，比目前最先进的加速技术快倍，极大地满足了临床实践的实时性要求超声波扫描术基于超声的诊断成像技术，用于可视化的身体结构检测，被称为超声波扫描术采用的超声频谱，具有良好的分辨率和穿透能力它是通过压电传感器将射频电信号转换成机械振动而产生超声波通过不同维阵列扫描需要观测的位臵，再经超声接收装臵接收组织的回声，最终经数字图像处理技术在屏幕上形成图像显示纵观超声诊断技术的发展历程，超声诊断技术经历了型超声型超声维超声维超声，后续的发展也将在此基础上朝着由静态成像向实时动态成像单参量诊断向多参量诊波反投影算法，提出了种基于有效的数据重用方法，用于维重建时进行，将重用率提高了倍此外，文中还描述了种自定义结构，该结构能够有效地支持所提出的算法和提高有效内存带宽的策略为了减少外部存储带宽，提高系统内存带宽，提出的基于平铺的数据重用方案并在上验证实验结果表明，该系统比单线程速度提高了倍但是迭代大大增加了计算量，超过常规计算负载，阻碍了常规临床应用等提出了种用于迭代图像重建的高效基于硬件的前向投影算法和体系结构技术，在上实现了个级流水线路并行前向投影，在时钟频率下实现了亿体素秒的平均吞吐量，极大地解决了数据采集速度和带宽的限制核磁共振成像核磁共振成像利用电磁波与自旋电子之间发生共振现象，由于能量在不同物质结构中有不同的衰减，通过外加梯度磁场检测电磁波，可获知构成物体原子核的种类和位臵，从而绘制物体内部影像无需使用电离辐射，具有多参数多方位多模态等优点，可以同时获取人体组织的解剖信息和功能信息，是安全准确的临床诊断方法之，在临床上有着广泛的应用但扫描时间过长成像较慢，它的速度主要取决于数据采集传输和图像处理的速度图展示了基于较低速率的超外差式前端架构磁共振扫描仪，信号主磁场强度与载波频率对应成比例，其商用扫描仪频率通常采用至宽由频率编码方向的视场定义，从几到几十范围变化波束线响应限制了整个系统的速度，还有待进步提高等描述了基于并行读出图像采集板，该板使用在时钟频率并行读出端口，实现快速和可编程门阵列，位输出端口连接到的输入寄存器，按顺序将读入多路复用器然后通过个查找表将多路复用的像素数据以栅格格式重新排序，并将每个像素的计数器伪随机码转换为进制编码，同时校正其计数值，可以在不到的时间内同时读取多达条种光子计数读出专用集成电路，具有像素间距基于光子计数像素阵列的射线成像多芯片面积探测器，系统测试运行速度达到帧芯片秒，极大地满足了临床应用的需求计算机断层扫描射线计算机断层扫描成像，通过射线束围绕受检者断层扫描，测量不同角度下断层对射线的衰减结果，然后利用计算机高速运算能力和重建算法，重建该断层的图像图展示了整个扫描系统基本架构，它由多个模块组成其中，光电探测器模块将入射的射线转换为电信号，并路由到多通道模拟数据采集系统该系统分辨率高断面解剖关系清楚病变细节显示良好，但得到图像仅横断面图像，其他面需要重建，同时也具有辐射等缺点图探测器模块信号链自年，等在上报道第台计算机断层扫描机的研究实验后，年英国中心研究实验室的等开始研制第台临床扫描机，它需要天的时间探究生物医学成像与技术的有机结合生物科学论文物光子学成像和医学成像两个部分医学成像主要是研究人体或者器官的宏观成像，而生物光子学成像则主要是研究生物组织或者细胞的微观结构图像它们都要涉及到图像采集传输存储重建显示和解读等系列过程般地将其分成图像信息获取和图像处理两部分前者指图像的形成过程，包括成像原理成像设备成像系统分析等内容后者指对获取图像的处理，包括显示传输存储解读等内容，处理后的生物医学图像能以静态图片或动态视频的形式展示机体组织细胞内部各组织器官细胞细胞器的解剖结构形态及其功能，具有直观形象和信息量丰富的特点，在临床诊断和生物学研究中占有重要的地位根据生物医学成像技术的不同，主要可以分为射线成像计算机断层扫描成像核磁共振成像超声波扫描成像和光学成像等，而技术在这些成像中有着广泛地应用射线摄影成像近年来，随着集成电路技术和数字图像处理技术的高速发展，传统的以胶片作为介质记录图像已被各种新型数字化射线成像技术所取代，如射线计算成像数字化射线成像数字减影血管造影成像等，其主要成像原理为束射线投射到具有不同穿透性的人体组织上衰减后打在平板探测器系统上，探测器将接收到的射线光子转换为与入射粒子能量成正比的电信号，经放大并转换到数字处理系统中保存，以产生射线图像强度的精确数字表示图该系统具有操作简单采集动态范围大完全实现数字化存储传输和管理极大地便于后续的图像处理操作等优点，系列和系统优化的系列英特尔公司的系列满足低功耗低成本设计需求系列拥有丰富的内存逻辑和数字信号处理模块特性集，以及高达收发器的卓越性能而系列则具有高密度高性能和丰富的特性，可实现更多功能，最大程度地提高系统带宽国内半导体行业也是百花齐放，如目前国内最大的集成电路设计上市公司北京紫光国芯世界前大和制造供应商的西安智多晶微电子拥有自主知识产权的上海遨格芯微电子只供应军方的上海复旦微电子定位中高端的广东高云等等国内外产品种类丰富，功能齐全，能满足各个应用场景的需求，未来的发展趋势将向更高集成度更高频率带宽和更低成本的方向发展实现超低电压超低功耗片上可编程系统动态可重配臵等功能与不同体系结构性能对比众所周知，通用处理器已进入后摩尔时代，而服务规模和深度学习却在指数级增长后智能时代的到来，通讯智慧城市无人驾驶等行业相继兴起，要求这些用于加速任务的定制硬件可被重新编程来执行不同的计算任务作为种硬件可重构的体系结构，顺应时代发展需求，近年来迅速在华为微软阿里百度等公司的数据服务中心大规模部署，提供强大的计算能力和足够的灵活性图，表图分别比较了等算力和能效，表分别比较了和在流式计算任务和密集型计算任务中吞吐量延时功耗灵活性个指标全都表现优异，比，成本偏高，不适合大规模使用编程逻辑器件的发展历史概述随着行业的日新月异，市场对于传统数字集成芯片提出了新的需求，而且伴着产品的小型化以及系统复杂程度的提高，所需通用数字集成电路的数量呈爆炸性增长，要求电路的集成度高，导致散热电磁兼容等可靠性难以兼顾此外，现代产品的迭代更新频率高，个产品需要快速的进行设计生产或者升级以满足新出现的功能需求然而，对于采用固定的数字集成电路设计的系统来说即意味着需要重新设计和重新布局，致使资源的浪费因此，系统设计师们希望能够设计现场可调试的芯片，并且可以立即转化成产品于是，出现了现场可编程逻辑器件其中，现场可编程门阵列和复杂可编程逻辑器件应用最广泛年代的可编程逻辑器件可以分为可编程只读存贮器紫外线可擦除只读存贮器和电可擦除只读存贮器种由于工艺的限制，运行速度低，它们只能胜任简单的数字逻辑功能年代初，可编程芯片在结构上进行了改进，出现了可编程逻辑器件，这阶段主要有和等产品，它们能够实现各种数字逻辑功能典型的基本单元由与门和或门阵列构成理论上，任意个组合逻辑都可以用与或表达式来描述，所以能以大量的乘积和的形式完成任意组合逻辑功能，早期的器件虽然可以实现速度特性较好的逻辑功能，但其粗糙的内部结构也使它们只能实现较小规模的集成电路为了弥补这缺陷，世纪年代中期，和摘要数字图像处理技术和微电子集成电路的飞速发展，使实时动态生物医学成像成为可能生物医学动态成像的关键是高的通讯带宽和快速的数据处理能力，即现场可编程逻辑门阵列，为数字图像实时处理系统在算法系统结构上提供了新的思路与方法文中首先简单介绍的概念特点及其发展历程，详细对比与通用处理器之间的性能指标，然后重点介绍常规生物医疗成像技术原理和在医疗领域高速成像技术方面的研究和应用情况，最后对在实时成像方面进行总结和展望关键词医疗领域实时动态生物医学成像生物医疗成像技术原理生物科学随着医疗诊断方法的不断迭代和融合，非介入式治疗等需求极大地推动了生物医学成像技术的飞速发展为实时得到信息丰富的结构和功能图像，对图像数据的采集传输存储图像的多维重建图像分割和图像融合等技术提出了更高的要求当前，尽管图像处理算法和硬件运行速度有了飞速发展，但是图像处理的时效性仍然是其限制的瓶颈，实时图像处理通常涉及到大量的重复运算，需要很高的数据采集速度和很高的传输带宽这对基于传统应用而设计的通用微处理器，如专用集成电路和数字信号处理器而言，无论是开发复杂度还是研发投入无疑都是巨大的挑战，随着微电子集成技术的理论和工艺突破性的进展，的出现为数字图像实时处理在算法和系统结构上提供了新的思路和方法由于图像中的每个像素单元都可以实施单独重复操作，可以直接映射到的并行架构中杨海钢，孙嘉斌，王慰器件设计技术发展综述电子与信息学报，徐思燕器件设计技术发展综述通讯世界，王红，彭亮，于宗光现状与发展趋势电子与封装，王海力浅谈国产芯片的产业化之路中国电子商情基础电子，王海力中国产业如何在市场上占有席之地世界电子元器件，薛士然引入全新架构用，康雁医学成像技术与系统清华大学出版社，骆清铭，张镇西生物医学光子学人民卫生出版社，詹松华，陈星荣数字线成像技术的进展中国医学计算机成像杂志，朱䒟专论生物医学光学成像技术中国医疗设备李保伟，史俊富数字化放射医学影像技术武警医学，陈武凡数字化医学成像研究进展